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CN101015026A - 紧凑的干式变压器 - Google Patents

紧凑的干式变压器 Download PDF

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CN101015026A
CN101015026A CNA2004800437728A CN200480043772A CN101015026A CN 101015026 A CN101015026 A CN 101015026A CN A2004800437728 A CNA2004800437728 A CN A2004800437728A CN 200480043772 A CN200480043772 A CN 200480043772A CN 101015026 A CN101015026 A CN 101015026A
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windings
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阿伦·达塔特拉亚·亚尔戈莱
基肖尔·乌德夫·乔希
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CG Power and Industrial Solutions Ltd
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Crompton Greaves Ltd
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Abstract

一种紧凑的干式变压器(1A)包括磁性材料芯部(2)，芯部设置有第一散热器，第一散热器包括盖子(10)，盖子(10)在其外表面上具有冷却翼片(11)。变压器还包括设置有第二散热器的线圈组(3，4)，第二散热器包括在其外表面上具有冷却翼片(14)的外壳(12)。第二散热器还包括具有热管(17)的护套(15)，其中热管(17)包含在真空下具有低沸点的热力液体，例如水。包括蒸发器部分和冷凝器部分的热管在其外表面上具有冷却翼片(21)。由于散热器，所以提高了变压器的热量耗散效率。

Description

紧凑的干式变压器
技术领域
本发明涉及紧凑的干式变压器。
背景技术
电变压器通常为充油的或者是干式的。在充油式变压器中，变压器油是用于冷却变压器的芯部和线圈组的冷却剂。充油式变压器在成本效果上是合算的，并且通常在70至90摄氏度数量级的温度下操作。然而，它们需要定期维修、换油并且容易遭受火灾。变压器油会污染环境并且会对健康造成危害。
干式变压器包括磁性材料芯部和线圈组，该线圈组包括绕组，绕组在匝和层之间具有绝缘体。对于每个相位，线圈组浸渍和/或封装有树脂，线圈组装配到芯部上并且位于保护性的金属箱中。这种变压器通常用于户外应用。或者，芯部和浸渍和/或封装的线圈组一起还使用树脂封装并且用于室内或户外应用，带有或不带有保护性的金属箱均可。
干式变压器比较紧凑，与环境相容并且可以防火。它们不需要定期维修，并且优选用在危险区域例如矿山、人口稠密的住宅区或医院中。干式变压器通常在120至180摄氏度数量级的温度下操作。温度上升到环境温度之上是绕组导体的电阻和通过绕组的电流导致的绕组中的损失以及磁性材料芯部中损失的效应。为了减小损失，绕组通常设计为具有较低的电流密度并且设置了较大的导体横截面积。这可以减小绕组的电阻并且因此减小损失。对于给定的设计变量，较低的电流密度会增大芯部的尺寸和重量。芯部重量越高，无载损失就越高。这也会增大变压器的成本。因此，如果必须在成本效果上是合算的话，就不能允许干式变压器的操作温度下降到某些极限值以下。冷却管路已知设置在内部或者绕组和芯部之间以便于冷却剂例如用于热量耗散的空气通过以及变压器在较低的温度下操作。管路增大了变压器的尺寸和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑的干式变压器，该紧凑的干式变压器具有改进的热量耗散效率并且能在更高的电流密度下操作。
本发明的另一个目的是提供一种紧凑的干式变压器，该紧凑的干式变压器包括横截面减小的绕组，并且由此减小了变压器的尺寸和重量。
本发明的另一个目的是提供一种具有减小的无载损失的紧凑的干式变压器。
本发明的另一个目的是提供一种紧凑的干式变压器，该紧凑的干式变压器可以消除保护性的金属箱，并且可以用于室内和户外应用。
依照本发明，提供了紧凑的干式变压器，该紧凑的干式变压器包括磁性材料芯部和线圈组，该线圈组包括树脂填充和/或封装的绕组，并且在绕组匝和层之间具有绝缘体，绕组装配到芯部上，其中，芯部包括第一散热器和线圈组包括第二散热器。
依照本发明的实施例，第一散热器包括滑动配合在芯部上的盖子以及设置在其外表面上的冷却翼片。
依照本发明的实施例，第二散热器包括外壳，每个外壳沿着其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片。
依照本发明的另一个实施例，第二散热器包括护套和多个热管，其中每个护套沿着其长度设置有狭缝，每个热管包括蒸发器部分和冷凝器部分以及在真空下具有低沸点的热力液体，其中蒸发器部分位于沿着护套径向隔开地设置的槽或孔中，冷凝器部分在其外表面上设置有冷却翼片。
依照本发明的另一个实施例，第二散热器包括套管，每个套管沿着其长度设置有狭缝并且在其置于绕组外部的一端处设置有冷却翼片。
依照本发明的实施例，第二散热器包括外壳，该外壳滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组上，并且沿其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片，第二散热器还包括护套和多个热管，其中护套插入到芯部管柱上方并且沿着其长度设置有狭缝，每个热管包括蒸发器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸点的热力液体，其中蒸发器部分位于沿着护套径向隔开地设置的槽或孔中，冷凝器部分在其外表面上设置有冷却翼片。
依照本发明的另一个实施例，第二散热器包括外壳，每个外壳滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组之上，每个外壳沿着其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片。第二散热器还包括套管，套管布置在绕组之间并且在其置于绕组外部的一端处设置有冷却翼片。
依照本发明的另一个实施例，第二散热器包括外壳，外壳滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组之上，每个外壳沿着其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片。
附图说明
下面是参照附图对本发明进行的详细说明，其中：
图1是依照本发明的实施例的紧凑的干式变压器的正视图；
图2是图1的变压器的顶视图；
图3是图2中沿A-A的剖面图；
图4是图1、2和3的变压器的第一散热器的盖子的等角视图。
图5是图1、2和3的变压器的第二散热器的外壳的等角视图。
图6是图1、2和3的变压器的第二散热器的护套的等角视图。
图7是图1、2和3的变压器的第二散热器的热管的等角视图。
图8是图1、2、3的变压器的芯部管柱上安装的绕组之一的局部剖视图。
图9是依照本发明的另一个实施例的紧凑的干式变压器的剖视图；
图10是依照本发明的另一个实施例的紧凑的干式变压器的剖视图；
图11是图10的变压器的第二散热器的套管的等角视图；并且
图12是依照本发明的另一个实施例的紧凑的干式变压器的剖视图。
具体实施方式
如附图中的图1至8所示的紧凑的干式变压器1A包括磁性材料芯部2和线圈组，该线圈组包括初级绕组或低压绕组3和次级绕组或高压绕组4，以及用于每个相位的绕组匝和层之间的绝缘体5。初级和次级绕组浸渍和/或封装有树脂6并且装配到芯部的三个管柱7、8和9上。芯部包括第一散热器，该第一散热器包括滑动配合在芯部上的盖子10并且在其外表面上设置了冷却翼片11。线圈组包括第二散热器，第二散热器包括外壳12，其中每个外壳12沿着其长度设置有狭缝13并且在其外表面上设置有冷却翼片14。外壳滑动配合在芯部管柱上的由树脂填充和/或封装的绕组上。第二散热器还包括护套15，每个护套15沿着其长度设置有狭缝16。多个热管标记为17，每个都包括蒸发器部分18和冷凝器部分19。热管的蒸发器部分位于筒或者孔20中，其中孔20沿着护套径向隔开地设置。热管的冷凝器部分布置在护套外部并且在其外表面上设置有冷却翼片21。护套插入到芯部2的管柱上方。热管包含在真空下具有较低沸点的热力液体(未显示)，诸如水。线圈盖标记为22。变压器的接线端标记为23。
附图中图9的变压器1B与图1-8所示的变压器相同，除了带有热管的护套插入到在芯部2的管柱上树脂填充的和/或封装的绕组之间之外。
除了包括外壳12和套管24和冷却翼片26的第二散热器之外，附图中图10和11的变压器1C与图1-8的变压器相同，其中外壳12滑动配合在芯部的管柱上的树脂填充和/或封装的绕组之上，每个套管24都沿其长度设置有狭缝25和在绕组外部在其一端设置的冷却翼片26。套管插入到在芯部2的管柱上由树脂填充和/或封装的绕组之间。
除了第二散热器包括滑动配合在芯部2的管柱上树脂填充和/或封装的绕组之上的外壳12之外，附图的图12中的变压器1D与图1-8的变压器相同。
变压器的盖子、外壳、护套或者套管由具有良好的热导率的非磁性材料例如铝或者铜形成。优选对于盖子、外壳、护套或者套管使用铝，因为它具有经济性、容易获得、并且具有良好的铸造性能以及易于成批生产。对于盖子、外壳、护套或者套管优选具有2-5毫米的典型的厚度，以便使涡流损失减到最少。盖子、外壳、护套或者套管中的狭缝相对于电流设置成非连续的，由此防止变压器中发生短路。
在变压器的操作期间，在其芯部和绕组中都产生热量。芯部中的热量通过盖子传导出去并且通过其外表面上的冷却翼片经由辐射和对流耗散到环境中。绕组和芯部中的热量通过外壳传导出去并且通过其外表面上的冷却翼片经由辐射和对流耗散到环境中。类似地，绕组和芯部中的热量也通过套管传导出去并且通过其一端处的冷却翼片经由辐射和对流耗散到环境中。由于绕组和芯部中的热量，热管的蒸发器部分中的热力液体发生蒸发，并且蒸汽行进到其冷凝器部分而带走了绕组和芯部中的热量。蒸汽在热管的冷凝器部分中冷凝，从而将热量给到环境中。热管冷凝器部分外表面上的翼片促使热量通过辐射和对流传送到环境中。因此，就提高了变压器的热量耗散效率。
在传统的干式变压器和依照本发明的变压器之间进行了相比较的计算机模拟研究，结果显示在下面的表中。
表
变压器     平均温度升高        导体面积                   绕组尺寸
3Φ，25KVA传统干式电力变压器 HV绕组   LV绕组     HV绕组     LV绕组   HV绕组     LV绕组
56℃     65℃     0.95mm2     47.62mm2   167(ID)/209(OD)731(H)     108(ID)/135(OD)731(H)
3Φ，25KVA本发明的图1中的干式电力变压器 63℃     53℃     0.398mm2     12mm2   132(ID)/192(OD)207(H)   108(ID)/126(OD)207(H)
从表中可以看出，本发明的变压器中的芯部和绕组的温度升高与同等级别的传统变压器的芯部和绕组中的温度升高是相当的。该表还显示了本发明的变压器绕组的横截面积比传统变压器的小。因为本发明的变压器具有提高的热量耗散效率，所以能够在更高的电流密度下操作。由于绕组减小的横截面积，所以芯部和线圈组的尺寸和重量减小。因此，变压器比较紧凑并且无载损失减小。本发明消除了保护性的金属箱。盖子和外壳为芯部和绕组提供了免受环境影响的保护。因此，本发明的变压器可以用于室内和户外的应用。
变压器可以是单相或者多相位并且因此线圈组可以包括绕组。本发明的这种变体应该解释并且理解为在其范围内。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种紧凑的干式变压器，包括磁性材料芯部和线圈组，该线圈组包括树脂填充和/或封装的绕组，并且在绕组匝和层之间具有绝缘体，绕组装配到芯部上，其中，芯部包括第一散热器，所述第一散热器包括盖子，所述盖子由具有良好的热导率的非磁性材料制成并且滑动配合在芯部上以及在其外表面上设置有冷却翼片，以及线圈组包括第二散热器，所述第二散热器包括外壳，该外壳由具有良好的热导率的非磁性材料制成并且滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组上，并且沿其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片，第二散热器还包括护套和多个热管，其中护套由具有良好的热导率的非磁性材料制成并且插入到芯部的管柱上方并且沿着其长度设置有狭缝，每个热管包括蒸发器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸点的热力液体，其中蒸发器部分位于沿着护套径向隔开地设置的槽或孔中，并且冷凝器部分设置在护套的外侧并且在其外表面上设置有冷却翼片。
2.一种紧凑的干式变压器，包括磁性材料芯部和线圈组，该线圈组包括树脂填充和/或封装的绕组，并且在绕组匝和层之间具有绝缘体，绕组装配到芯部上，其中，芯部包括第一散热器，所述第一散热器包括盖子，所述盖子由具有良好的热导率的非磁性材料制成并且滑动配合在芯部上以及在其外表面上设置有冷却翼片，以及线圈组包括第二散热器，所述第二散热器包括外壳，该外壳由具有良好的热导率的非磁性材料制成并且滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组上，并且沿其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片，第二散热器还包括由具有良好的热导率的非磁性材料制成的布置在绕组之间的套管，并且套管沿其长度设置有狭缝以及在置于绕组外部的一端处设置有冷却翼片。
3.一种紧凑的干式变压器，包括磁性材料芯部和线圈组，该线圈组包括树脂填充和/或封装的绕组，并且在绕组匝和层之间具有绝缘体，绕组装配到芯部上，其中，芯部包括第一散热器，所述第一散热器包括盖子，所述盖子由具有良好的热导率的非磁性材料制成并且滑动配合在芯部上以及在其外表面上设置有冷却翼片，以及线圈组包括第二散热器，所述第二散热器包括外壳，该外壳由具有良好的热导率的非磁性材料制成并且滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组上，并且沿其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片。
4.如权利要求1，2或3所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述盖子、外壳、护套或套管的厚度为2至5毫米。

Claims (12)

1)一种紧凑的干式变压器，包括磁性材料芯部和线圈组，该线圈组包括树脂填充和/或封装的绕组，并且在绕组匝和层之间具有绝缘体，绕组装配到芯部上，其中，芯部包括第一散热器和线圈组包括第二散热器。
2)如权利要求1所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述第一散热器包括滑动配合在芯部上的盖子以及设置在其外表面上的冷却翼片。
3)如权利要求1或2所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述第二散热器包括外壳，每个外壳沿着其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片。
4)如权利要求1或2所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述第二散热器包括护套和多个热管，其中每个护套沿着其长度设置有狭缝，每个热管包括蒸发器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸点的热力液体，其中蒸发器部分位于沿着护套径向隔开地设置的槽或孔中，冷凝器部分在其外表面上设置有冷却翼片。
5)如权利要求1或2所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述第二散热器包括套管，每个套管沿着其长度设置有狭缝并且在其置于绕组外部的一端处设置有冷却翼片。
6)如权利要求1或2所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述第二散热器包括外壳，该外壳滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组上，并且沿其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片，第二散热器还包括护套和多个热管，其中护套插入到芯部的管柱上方并且沿着其长度设置有狭缝，每个热管包括蒸发器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸点的热力液体，其中蒸发器部分位于沿着护套径向隔开地设置的槽或孔中，冷凝器部分设置在护套的外侧并且在其外表面上设置有冷却翼片。
7)如权利要求1或2所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述第二散热器包括外壳和套管，其中外壳滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组之上，沿其长度设置有狭缝并且在其外表面上设置有冷却翼片，第二散热器还包括布置在绕组之间的套管，并且套管沿其长度设置有狭缝以及在置于绕组外部的一端处设置有冷却翼片。
8)如权利要求1或2所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述第二散热器包括外壳，所述外壳滑动配合在芯部管柱上树脂填充和/或封装的绕组之上并且沿着其长度设置有狭缝以及在其外表面上设置有冷却翼片。
9)如权利要求2至8任意一项所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述盖子、外壳、护套或套管由具有良好的热导率的非磁性材料制成。
10)如权利要求9所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述盖子、外壳、护套或套管由铝形成。
11)如权利要求9或10所述的紧凑的干式变压器，其特征在于，所述盖子、外壳、护套或套管的厚度为2至5毫米。
12)一种尤其是参照附图中的图1至8或图9或图10和11或图12在此描述的紧凑的干式变压器。
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